油气田区隧道施工瓦斯运移规律及风险控制研究.pdf

油气田区隧道施工瓦斯运移规律及风险控制研究 摘 要 伴随铁路线网的不断扩张，修建穿越含油气地层的隧道数量逐渐增多，且主 要集中在我国中西部山区，瓦斯问题逐渐成为该区域内修建隧道所面临的关键性 问题。虽然目前众多学者针对瓦斯隧道进行了大量研究，但研究多以煤系地层隧 道为研究对象，针对油气田区瓦斯隧道的研究尚浅。并且油气田区瓦斯赋存与煤 系地层有很大区别，如油气田区瓦斯赋存具有极高的不确定性，瓦斯赋存位置受 切源断层、节理带等不良地质构造的影响程度大，可谓是无处不在，大大增加了 施工的风险性。 因此本文以油气田区高瓦斯隧道——龙泉山隧道为工程背景，以现场踏勘、 探测为依据对隧址区地质情况进行分析，针对隧址区瓦斯赋存情况展开研究；采 用数值模拟方法对隧道施工进行模拟，针对施工对围岩力学场、瓦斯压力场、流 场进行分析，确定隧道施工致瓦斯运移规律，最终结合实际工况，对瓦斯治理方 案进行研究。取得如下成果： ①在龙泉山地区地质构造史研究的基础上，结合现场踏勘结果，对隧址区围 岩中瓦斯的主要来源、储集空间、圈闭构造进行分析，并对瓦斯赋存影响进行研 究。 ②建立数值模型，进行隧道施工模拟。分析在施工扰动情况下，围岩力学场 变化规律及影响范围，围岩中塑性区开展情况及其变化规律。对围岩中瓦斯压力 场的变化情况进行分析，将模拟结果与实际监测数据进行分析校核，得到扰动情 况下围岩内瓦斯运移规律。 ③以龙泉山隧道瓦斯治理方案为基础，对隧道通风方案进行研究。发现受瓦 斯赋存差异影响，采用单一处理方案无法高效解决瓦斯问题，提出将隧址区注浆、 瓦斯抽排与施工通风相结合的综合治理方案，以期对现场风险控制进行指导，达 到高效处理瓦斯问题的目的。 关键词：瓦斯隧道，油气田，运移规律，瓦斯治理 I 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 第一章 绪论 1 1.1 研究背景及意义 1 1.2 国内外研究现状2 1.2.1 瓦斯赋存情况研究现状2 1.2.2 瓦斯运移研究现状4 1.2.3 瓦斯隧道风险控制研究现状6 1.2.4 存在的问题9 1.3 研究内容 10 1.4 技术路线 11 第二章 龙泉山隧道地质构造及隧址区瓦斯赋存特点研究 13 2.1 龙泉山隧道工程概况 13 2.2 龙泉山隧道工程地质特征 15 2.2.1 地形地貌 15 2.2.2 地层岩性 15 2.2.3 隧址区典型地质构造 16 2.3 龙泉山隧道工程难点 18 2.4 隧址区瓦斯富集机制分析20 2.4.1 烃源岩20 2.4.2 储集空间20 2.4.3 圈闭构造21 2.5 隧址区瓦斯赋存影响因素研究22 2.5.1 断层对瓦斯赋存影响分析22 2.5.2 褶皱构造对瓦斯赋存影响分析25 2.5.3 围岩岩性对瓦斯赋存影响分析28 2.6 本章总结29 第三章 隧道施工致围岩力学场变化及瓦斯运移规律研究 31 3.1 选取模拟区域31 3.1.1 隧址区区域地质条件分析31 3.1.2 区域瓦斯赋存分析34 3.2 施工对围岩力学场影响研究35 3.2.1 模拟软件介绍35 3.2.2 建立计算模型35 3.2.3 模拟结果分析36 3.3 围岩内瓦斯运移规律研究43 3.3.1 岩体中瓦斯运移机理43 3.3.2 数值模拟假设45 3.3.3 Comsol Multiphysics 软件介绍45 3.3.4 瓦斯运移数值模拟46 3.3.5 模拟结果分析48 3.4 本章总结54 第四章 油气田区瓦斯隧道风险控制措施研究55 4.1 龙泉山隧道所采取的风险控制措施分析55 4.1.1 隧道通风方式设计55 4.1.2 确定通风参数57 4.1.3 存在问题及解决方案58